混凝土工程的新技术

1高耐久性混凝土

高耐久性混凝土是通过对原材料的质量控制和生产工艺的优化，并采用优质矿物微细粉和高效减水剂作为必要组分来生产的具有良好施工性能，满足结构所要求的各项力学性能，耐久性非常优良的混凝土。

1.主要技术内容

(1)原材料和配合比的要求

1)水胶比（W/B）≤0.38。

2)水泥必须采用符合现行国家标准规定的水泥，如硅酸盐水泥，普硅硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥，不得选用立窑水泥。

3)粗骨料的压碎指标值≤10％，D

≤25mm，采用15～25mm和5～15mm二级

max

配合，饱和吸水率＜2.0％,且无碱活性。

4)采用优质矿物微细粉和高效减水剂是高耐久性混凝土的特点。矿物微细粉宜采用硅粉、粉煤灰、磨细矿渣及天然沸石粉等，所用的矿物微细粉应符合国家有关标准，且宜达到优品级。矿物微细粉等量取代水泥的最大量一般为，硅粉≤10％，粉煤灰≤30％，矿渣≤50％，天然沸石粉≤10％，复合微细粉≤50％。

5)配合比设计强度应符合以下公式：

式中：——混凝土配置强度（MPa）；

——混凝土强度标准值（MPa）；

σ——强度标准差，无统计数据时，商品混凝土可取5.5～6.5MPa。

(2)耐久性设计的要求

1)处于常规环境的混凝土结构，满足所处的环境条件下服役年限提出的要求。

如抗碳化耐久性要求

≤

式中：W/B——水胶比；

C——钢筋保护层厚度（cm）；

a——碳化区分系数，室内1.7，室外1.0；

t——结构设计使用年限。

2)对于处于严酷环境的混凝土结构的耐久性，应根据工程所处环境条件，应按《混凝土结构耐久性设计规范》GB50467进行耐久性设计，考虑的环境劣化因素有:

①抗冻害耐久性要求：a）根据不同冻害地区确定最大水胶比；b）不同冻害地区的耐久性指数k；c）受除冰盐冻融循环作用时，应满足单位剥蚀量的要求；d）处于有冻害环境的,必须掺入引气剂，引气量应达到4％～5％。

②抗盐害的耐久性要求：a)根据不同盐害环境确定最大水胶比；b）抗Cl-的渗透性、扩散性，应以56d龄期，6h总导电量（库仑）确定，一般情况下，

氯离子渗透性应属非常低范围（≤800库仑）；c）混凝土表面裂缝宽度符合规范要求。

③抗硫酸盐腐蚀的耐久性要求：a）用于硫酸盐侵蚀较为严重的环境，水泥

中的C

3A＜5％；C

3

S＜50％；b)根据不同硫酸盐腐蚀环境，确定最大水胶比；c）

胶砂试件的膨胀率＜0.34％。

④抑制碱—骨料反应有害膨胀的要求：a）混凝土中碱含量＜3.0㎏/m3；b)在含碱环境下，要采用非碱活性骨料。

2.技术指标

(1)工作性

坍落度≥200mm；扩展度≥550mm；倒筒时间≤15s；无离析泌水现象；黏聚性良好；2h坍落度损失小于30%，具有良好的充填模板和钢筋通过性能。

(2)力学性能

抗压强度等级≥C40；体积稳定高，收缩小，弹性模量与同强度等级的普通混凝土基本相同。

(3)耐久性

按主要技术内容中的耐久性技术指标控制，结合工程情况也可参照《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193中提出的指标进行控制；耐久性试验方法可采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082规定的方法，主要有：

盐冻试验方法；

抗氯离子渗透性试验方法；

抗硫酸盐腐蚀试验方法；

碱含量计算方法；

骨料碱活性检验方法；

骨料碱——碳酸盐反应活性检验方法；

矿物微细粉抑制碱——硅反应效果检验方法。

也可参考中国工程建设标准化协会标准《高性能混凝土应用技术规程》CECS207。

3.适用范围

高性能高耐久性混凝土适用于各种混凝土结构工程，如港口、海港、码头、桥梁及高层、超高层混凝土结构。

4.已应用的典型工程

杭州湾大桥、山东东营黄河公路大桥、武汉武昌火车站、广州珠江新城西塔工程、湖南洞庭湖大桥等。

2高强高性能混凝土

本节高强高性能混凝土（简称HS-HPC）是强度等级超过C80的HPC，其特点是具有更高的强度和耐久性，用于超高层建筑底层柱和梁，与普通混凝土结构具有相同的配筋率，可以显著地缩小结构断面，增大使用面积和空间，并达到更高的耐久性。

1.主要技术内容

HS-HPC的水胶比≤28％，用水量≥200kg/m3，胶凝材料用量650～700kg/m3，其中水泥用量450～500kg/m3，硅粉及矿物微细粉用量150～200kg/m3，粗骨料用

量900～950kg/m3，细骨料用量750～800kg/m3，采用聚羧酸高效减水剂或氨基磺酸高效减水剂。HS-HPC用于钢筋混凝土结构还需要掺入体积含量2.0～2.5％的纤维，如聚丙烯纤维、钢纤维等。

2.技术指标

(1）工作性：新拌HS-HPC混凝土的工作性直接影响该混凝土的施工性能。其最主要的特点是粘度大，流动性慢，不利于超高泵送施工。

混凝土拌合物的技术指标主要是坍落度、扩展度和倒坍落度筒混凝土流下时间（简称倒筒时间），坍落度≥240mm，扩展度≥600mm，倒筒时间≤10s，同时不得有离析泌水现象。

(2）HS-HPC的配比设计强度应符合以下公式：

(3）HS-HPC应具有更高的耐久性，因其内部结构密实，孔结构更加合理。

HS-HPC的抗冻性、碳化等方面的耐久性可以免检,如按照《高性能混凝土应用技术规程》CECS207标准检验，导电量应在500库仑以下；为满足抗硫酸盐腐蚀性应选择低C3A含量（＜5％）的水泥；如存在潜在碱骨料反应的情况下，应选择非碱活性骨料。

(4）HS-HPC自收缩及其控制

1)自收缩与对策

当HS-HPC浇筑成型并处于密闭条件下，到初凝之后，由于水泥继续水化，吸取毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛细管张力，如果此张力大于该时的混凝土抗拉强度，混凝土将发生开裂，称之自收缩开裂。水灰比越低，自收缩会越严重。

一般可以控制粗细骨料的总量不要过低，胶凝材料的总量不要过高；通过掺加钢纤维可以补偿其韧性损失，但在侵蚀环境中，钢纤维不适用；需要掺入有机纤维，如聚丙烯纤维或其他纤维；采用外掺5％饱水超细沸石粉的方法，以及充分地养护等技术措施可以有效的控制HS-HPC的自收缩和自收缩开裂。

2)自收缩的测定方法

参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082和中国工程建设标准化协会标准《高性能混凝土应用技术规程》CECS207进行。

HS-HPC的早期开裂、自收缩开裂及长期开裂的总宽度要低于0.2mm。普通混凝土的应变达到3‰时，其承载能力仍保持一半以上。若HS-HPC的应变也处于3‰时，实际承载力已近于0，这就意味着在这种情况下，在HS-HPC中只观察到裂缝形成，然后是迅速的破坏。

3.适用范围

适用于对混凝土强度要求较高的结构工程。

4.已应用的典型工程

国内广州珠江新城西塔项目工程已大量应用HS-HPC，国外超高层建筑及大跨度桥梁也大量应用了HS-HPC。

3自密实混凝土技术

1.主要技术内容

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,简称SCC),指混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋并能够保持不离析和均匀性,达到充分密实和获得最佳的性能的混凝土,属于高性能混凝土的一种。自密实混凝土技术主要包括自密实混凝土流动性、填充性、保塑性控制技术；自密实混凝土配合比设计；自密实混凝土早期收缩控制技术。

(1)自密实混凝土流动性、填充性、保塑性控制技术

自密实混凝土拌合物应具有良好流动性、填充性和保水性。通过骨料的级配控制以及高效减水剂来实现混凝土的高流动性、高填充性。其测试方法主要有U 型槽法、L型槽法、倒坍落度筒法等。自密实混凝土工作性的控制技术是一个关键。

(2)配合比设计

自密实混凝土配合比设计与普通混凝土不同，有全计算法、固定砂石法等。配合比设计时，应注意以下几点：

1）单位体积用水量宜为155～180kg。

2）水胶比根据粉体的种类和掺量有所不同，按体积比宜取0.8～1.15。

3）根据单位体积用水量和水胶比计算得到单位体积粉体量。单位体积粉体量宜为0.16～0.23。

4）自密实混凝土单位体积浆体量宜为0.32～0.40。

(3)自密实混凝土早期收缩

由于自密实混凝土水胶比较低、胶凝材料用量较高,使得混凝土早期的收缩较大,尤其是早期的自收缩。主要包括自收缩的收缩机理、计算公式及检测技术等方面。

2.技术指标

(1)原材料的技术要求

1)胶凝材料

水泥选用较稳定的普通硅酸盐水泥；掺合料是自密实混凝土不可缺少的组成部分之一,一般常用的有粉煤灰、磨细矿渣、硅粉、矿粉等。胶凝材料总量不少于500kg/m3。

2)细骨料

砂的含泥量和杂质,会使水泥浆与骨料的粘结力下降，需要增加用水量和增加水泥用量，所以砂必须符合规范技术。砂率在45％以上，最高可到50％。

3)粗骨料

粗骨料的最大粒径一般以小于20mm为宜,尽可能选用圆形且不含或少含针、片状颗粒的骨料。

4)外加剂

自密实混凝土具备的高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性这四个方面都需要以外加剂的手段来实现。因此对外加剂的主要要求为：与水泥的相容性好；减水率大；缓凝、保塑。

(2)工作性技术指标

坍落度：Slf≥250mm；

坍落扩展度：Lsf≥700mm；

填充性：△G≤5mm；

抗离析性：△h≤7％；

流动性：Lf≥700mm；

黏聚性：两h内满足以上各项指标要求。

3.适用范围

自密实混凝土适用于浇筑量大，浇筑深度、高度大的工程结构；配筋密实、结构复杂、薄壁、钢管混凝土等施工空间受限制的工程结构；工程进度紧、环境噪声受限制、或普通混凝土不能实现的工程结构。

4.已应用的典型工程

北京恒基中心过街通道工程、江苏润扬长江大桥、广州珠江新城西塔、苏通大桥承台。

4轻骨料混凝土

1.主要技术内容

轻骨料混凝土（Lightweight aggregate concrete）是指采用轻骨料的混凝土，其表观密度不大于1900kg/m3。所谓轻骨料是为了减轻混凝土的质量以及提高热工效果为目的而采用的骨料，其表观密度要比普通骨料低。人造轻骨料又称为陶粒。

轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温和耐火等特点，并且变形性能良好，弹性模量较低，在一般情况下收缩和徐变也较大。

轻骨料混凝土应用于工业与民用建筑及其他工程，可减轻结构自重、节约材料用量、提高构件运输和吊装效率、减少地基荷载及改善建筑物功能等。

轻骨料混凝土按其在建筑工程中的用途不同，分为保温轻骨料混凝土、结构保温轻骨料混凝土和结构轻骨料混凝土。此外，轻骨料混凝土还可以用作耐热混凝土，代替窑炉内衬。

2.技术指标

(1)轻骨料（陶粒）性能：

粗骨料的级配和最大粒径：粉煤灰陶粒最大粒径为20mm；天然轻骨料为

40mm；其他陶粒为30mm；不同用途的轻骨料混凝土对骨料级配的要求如表2.4。

不大于50%。

(2)制备技术

匀质性控制技术是制备泵送轻骨料混凝土的关键，通过控制最大粗骨料粒径，提高水泥浆体黏度，大掺量粉煤灰可有效提高轻骨料混凝土的均质性，可配制出性能优良的大流态轻骨料混凝土。

(3)泵送技术

轻骨料混凝土易分层离析，坍落度损失快以及轻骨料在压力作用下会吸收混凝土中的水分而导致堵泵等问题。因此，1)优选轻骨料是配制良好可泵性轻骨料

混凝土的重要环节,2)在满足强度要求的前提下，大量掺入粉煤灰，以增大胶凝材料用量，增加混凝土拌合物的黏聚性，改善混凝土拌合物流动性和保水性，并能一定程度上防止轻骨料上浮;3)选择合适的混凝土外加剂；4）混凝土搅拌前，宜将骨料浸湿。

3.适用范围

轻骨料混凝土利用其保温、减轻结构自重等特点，适用于桥梁、高层建筑、大跨度结构等工程。

4.已应用的典型工程

武汉天河机场新航站楼、武汉世茂锦绣长江2号楼、济南邮电大厦实验楼。5纤维混凝土

纤维混凝土是指掺加短钢纤维或合成纤维作为增强材料的混凝土，钢纤维的掺入能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗疲劳特性及耐久性；合成纤维的掺入可提高混凝土的韧性，特别是可以阻断混凝土内部毛细管通道，因而减少混凝土暴露面的水分蒸发，大大减少混凝土塑性裂缝和干缩裂缝。

1.主要技术内容

(1)原材料

1）水泥：钢纤维混凝土应采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；合成纤维混凝土优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，根据工程需要，选择其他品种水泥；

2）骨料：钢纤维混凝土不得使用海砂，粗骨料最大粒径不宜大于钢纤维长度的2/3；喷射钢纤维混凝土的骨料最大粒径不宜大于10mm；

3）纤维：纤维的长度、长径比、表面性状、截面性能和力学性能等应符合国家有关标准的规定，并根据工程特点和制备混凝土的性能选择不同的纤维。

（2）配合比

纤维混凝土的配合比设计应注意以下几点：

1）钢纤维混凝土中的纤维体积率不宜小于0.35%，当采用抗拉强度不低于1000MPa的高强异形钢纤维时，钢纤维体积率不宜小于0.25%；各类工程钢纤维混凝土的钢纤维体积率选择范围应参照国家与有关标准。控制混凝土早期收缩裂缝的合成纤维体积率宜为0.06%～0.12%。

2）纤维混凝土的最大胶凝材料用量不宜超过550kg/m3；喷射钢纤维混凝土的胶凝材料用量不宜小于380kg/m3。

(3)混凝土制备

纤维混凝土的搅拌应采用强制式搅拌机；宜先将纤维与水泥、矿物掺合料和粗细骨料投入搅拌机干拌60s～90s，而后再加水和外加剂搅拌120～180s，纤维体积率较高或强度等级不低于C50的纤维混凝土宜取搅拌时间范围上限。当混凝土中钢纤维体积率超过1.5%或合成纤维体积率超过0.2%时，宜延长搅拌时间。

2.主要技术指标

(1)纤维要选择合适的掺量，合成纤维会使混凝土强度降低，在同时满足抗裂性能和力学性能的前提下确定掺量，一般积率不超过0.12%。

(2)钢纤维或合成纤维掺量过多时，都会使坍落度损失增加，选择合适的掺量和调整配合比，使纤维的掺入对混凝土工作性不产生负面的影响；